增量动力分析
( Incremental
Dynamic Analysis , IDA )方法是近年来发展起来的一种用于评价结构抗震性能的动力参数分析方法。
IDA方法的基本做法是对结构施加一个地震动记录,
将这一地震动记录都按一定的比例系数调整为多重强度水平,
并在每一强度水平下分别进行时程分析,
得到一条工程需求参数与地震动强度指标的关系曲线,即
IDA曲线。变换地震动记录,得到多条IDA曲线,对其进行统计分析,从而评价在不同地震水准下的结构性能。
IDA方法是将单一的时程分析扩展为增量时程分析,因此,也被称为“动力推覆分析”。这种方法的基本思想也与我国模拟地震振动台动力试验思想如出一辙。
IDA方法是将地震动的加速度分别乘以一系列比例系数(
scale factor , SF) , 使之成为一组不同强度的地震动,
结构在这组地震动荷载作用下,分别进行非线性动力时程分析,
通过绘制结构性能参数(
damage measure
, DM )与地震动强度( ground motion intensity
measure , IM )的曲线 , 来研究结构在地震作用下损伤破坏的全过程。
结构性能参数 DM的表达方式常有顶层位移、层间位移、
破坏指数、 最大层间位移角和最大基底剪力等。最大层间位移角
θmax与层间倒塌能力、
构件破坏程度、 节点转动等直接相关,因此,通常选用θmax作为 DM参数。
地震动强度
IM
的表达方式常有地面峰值加速度
( peak ground
acceleration ,PGA )、 地面峰值速度( peak ground velocity ,
PGV )、阻尼比 5 %的结构基本周期对应的加速度谱值
Sa(T1, 5 %
)和结构屈服强度系数 R等。
IDA方法的基本步骤:
(1) 创建一个可用于弹塑性分析的计算模型,并选择一定数量的地震动记录;
(2) 对某一条地震动记录进行单调调幅,
得到调幅后的一系列地震动记录;
(3) 计算小调幅地震动记录下结构的动力反应,得到第一个 DM-IM
点, 将原点与该点之间连线的斜率记为K
e;
(4) 继续计算下一调幅地震动记录下结构的动力反应,得到第二个
DM-IM点, 如果该点与前一个 DM-IM点之间的斜率大于 0.2Ke,继续计算下一调幅地震动下的
DM-IM点, 否则认为结构发生倒塌;
(5) 变换原始地震动记录, 重复(2) ~
(4),得到多条 DM-IM曲线;
(6) 对IDA分析结果进行后处理分析,假定每条
DM-IM曲线均服从正态分布,在某一 DM 值下,得到不同 IM 值的均值 μIM和不同
IM
对数值的标准差
δIM
,继而得到( DM, μIM),
( DM, μIM
×
e+
δIM
),( DM
μIM
×
e-δIM
)三条曲线, 分别为 50%,
84%,16%比例曲线, 50%曲线即为均值曲线, 84%与16%曲线反映出以标准差对数表示的离散程度;
( 7) 用IDA数据结果评估结构的抗震性能。